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과학

거울

거울과학
영문명
Mirror
기본 현상
빛의 반사
대표 형태
평면, 오목면, 볼록면
주요 용도
상 관찰과 광학 경로 제어
거울은 빛의 반사를 이용해 상을 만들거나 광선을 다른 방향으로 보내는 광학 요소다. 평면과 곡면의 형태에 따라 상의 위치와 크기 및 시야가 달라진다.

반사면의 방향

기하광학에서는 표면의 법선에 대해 입사각과 반사각이 같다는 관계로 광선의 경로를 그린다. 곡면 거울은 위치마다 법선 방향이 달라 전체 광선이 모이거나 퍼질 수 있다.

표면이 거칠면 여러 방향으로 빛이 흩어져 선명한 상이 약해진다. 반사율이 높다는 사실과 상을 또렷하게 만드는 능력은 같은 조건이 아니다.

평면 거울의 상

평면 거울에서는 물체가 반사면 앞에 있는 거리만큼 뒤쪽에 허상이 있는 것처럼 보인다. 기하광학의 이상적인 모형에서 상의 크기는 물체의 크기와 같다.

거울이 좌우만 선택적으로 바꾼다고 설명하면 위아래와의 차이를 이해하기 어렵다. 평면 반사는 거울에 수직한 방향을 뒤집는 변환으로 생각하면 대칭 관계를 더 정확히 표현할 수 있다.

오목 거울과 볼록 거울

오목 거울은 광축에 가까운 평행 광선을 모을 수 있다. 물체와 초점의 위치 관계에 따라 실상을 만들거나 확대된 허상을 만들 수 있어 언제나 같은 크기로 보이는 것은 아니다.

볼록 거울은 일반적인 실제 물체에 대해 축소된 허상을 만들며 넓은 범위를 볼 때 활용된다. 보이는 크기를 실제 거리와 바로 동일시하면 안 된다.

보호층과 반사층

일상용 거울은 반사층을 보호하는 구조를 갖기도 한다. 반사층이 투명한 기판 뒤에 있는지 앞에 있는지에 따라 광학 경로와 약한 중복 반사 등의 특성이 달라질 수 있다.

정밀 광학에서는 사용 파장의 반사율과 표면 형상, 정렬이 중요하다. 거울이라는 이름이 같아도 가정용 제품과 관측 장비의 반사면에 요구되는 조건은 다르다.

관련 문서

반사 / 빛 / 렌즈 / 망원경